4.3 测量电源的电动势和内阻 课件 -2024-2025学年高一下学期物理粤教版（2019）必修第三册

第四章 闭合电路 第3节 测量电源的电动势和内阻 作者编号：43002 第一次用的是一节新电池给小灯泡供电，第二次是用一个旧电池供电。 1 2 现象：旧电池供电时小灯泡亮度暗了很多 内阻变化导致的，新电池内阻很小，旧电池内阻却很大。可见我们使用电源的时候，不仅要关注它的电动势，也要关注其内阻。 如何通过实验测量电池电动势和内阻呢？ 新课导入 作者编号：43002 2 1.了解测量电源的电动势和内阻的方法； 2.会制订实验方案并选用实验器材进行实验； 3.学会用图像处理实验数据并根据图像归纳结论; 4.能分析实验中存在的误差。 学习目标 作者编号：43002 一、了解测量电源的电动势和内阻的方法 1.伏安法：使用电流表和电压表，其表达式：＿＿＿＿； 2.安阻法：使用电流表和电阻箱，其表达式：＿＿＿＿； 3.伏阻法：使用电压表和电阻箱，其表达式：＿＿＿＿。 A V S R E r A S R E r V S R E r E=U+Ir E=IR+Ir 新课讲解 作者编号：43002 方案1：伏安法测电源电动势和内阻 1.实验原理：如图所示，电流表的示数为I和电压表的示数为U，由闭合电路的欧姆定律，有＿＿＿＿，得＿＿＿＿。 E=U+Ir U=E－Ir 二、进行实验 新课讲解 作者编号：43002 2.实验操作： （1）按如图所示连接实验电路，检查电流表、 电压表的量程是否＿＿，把滑动变阻器的滑片 移到一端，使接入电路的阻值＿＿； （2）闭合开关，调节＿＿＿，使电流表指针偏过一定角度，读取电流表、电压表的＿＿＿＿，并把数据记录在表中。 合适 最大 变阻器 示数I、U 二、进行实验 新课讲解 作者编号：43002 3.实验记录： 4.数据处理： (1)公式法：在表格中取两组I、U的值，联立成方程组，算出E、r取平均值作为测量结果。 新课讲解 作者编号：43002 4.数据处理： (2)图像法：在坐标纸上以I为横坐标，U为纵坐标， 用测出几组的U、I值画出U－I图像，电动势E等于U轴 上的＿＿，电源的内阻r等于直线的＿＿＿的绝对值， 即＿＿＿＿＿＿。 截距 斜率 U=E－Ir 新课讲解 作者编号：43002 5.误差分析：本实验的＿＿＿＿主要来源于电压表和电流表的读数以及描点作图像，而＿＿＿＿来源于电路连接方法。 (1)采用的电流表内接法时，由于＿＿＿＿＿＿引起 系统误差。由U-I图线可知，该实验的测量结果将导致 电源的电动势E和内阻r都＿＿。 偶然误差 系统误差 电压表的分流 I真=I测+IV IV =UV / RV UV↑，IV↑ 误差越大 UV=0，IV=0 I真=I测 0 U I 测 量 值 真 实 值 斜率k=r IV 偏小 新课讲解 作者编号：43002 方案2：安阻法测电源电动势和内阻 1.实验原理：如图所示，电流表的示数为I和电阻箱的示数为R，由闭合电路的欧姆定律，有＿＿＿＿，得＿＿＿＿＿＿＿。 E=IR+Ir A R S 新课讲解 作者编号：43002 方案2：安阻法测电源电动势和内阻 2.实验操作： (1)按如图所示连接实验电路，检查电流表 的量程是否＿＿，把电阻箱的阻值＿＿； (2)闭合开关，调节＿＿＿，使电流表有明显 示数，读取电流表、电阻箱的＿＿＿＿，并把数据记录在表中。 合适 最大 电阻箱 示数I、R A R S 新课讲解 作者编号：43002 3.实验记录： 4.数据处理：在坐标纸上以R为横坐标， 为纵坐标，作出－R图像，图像的斜率为k，纵轴上的截距为b，电源的电动势E＝＿＿＿，电源的内阻r＝＿＿＿。 新课讲解 作者编号：43002 方案3：伏阻法测电源电动势和内阻 1.实验原理：如图所示，电阻箱的示数为R和电压表的示数为U，由闭合电路的欧姆定律，有＿＿＿＿＿，得＿＿＿＿＿＿＿。 V R S 新课讲解 作者编号：43002 方案3：伏阻法测电源电动势和内阻 2.实验操作： (1)按如图所示连接实验电路，检查电压表的 量程是否＿＿，调节电阻箱的阻值，电压表的示 数＿＿； (2)闭合开关，调节＿＿＿，使电压表示数有明显减小，读取电压表、电阻箱的＿＿＿＿＿，并把数据记录在表中。 合适 最大 电阻箱 示数U、R V R S 新课讲解 作者编号：43002 3.实验记录： 4.数据处理：在坐标纸上以为横坐标， 为纵坐标，作出－图像，图像的斜率为k，纵轴上的截距为b，电源的电动势E＝＿＿＿，电源的内阻r＝＿＿＿。 /V-1 /V-1 新课讲解 作者编号：43002 三、数据处理的方法 方法一：公式法 改变 R 的阻值，从电流表和电压表中读取两组 I、U的值，代入方程组联立求解，多测量几次 I、U 的值，算出 E、r 取平均值。 A V S R 新课讲解 作者编号：43002 方法二：图像法 O I/A U/V E E I r = 短 在坐标纸上以 I 轴为横坐标，U 为纵坐标，用测出几组的 U，I 值画出 U－I 图像。 所得直线跟纵轴的交点即为电动势 E 的值，图线的斜率的绝对值即为内阻的值。 新课讲解 作者编号：43002 例：如何对甲乙两图的接法进行误差分析？ 四、误差分析的方法 新课讲解 作者编号：43002 E测 < E真 r测 < r真 E测 = E真 r测 > r真 法1.作出相关图像： 新课讲解 作者编号：43002 r测 E测 甲图（考虑电压表的分流）： r测为RV和r并联的总电阻，偏小。 E测为电流表示数为零时电压表的示数，偏小。 法2.根据实验原理进行公式推导 新课讲解 作者编号：43002 r测 E测 r测为RA和r串联的总电阻，偏大。 E测为电流表示数为零时电压表的示数，无误差。 若不知电流表内阻，用甲图。 若已知电流表内阻，用乙图，r真=r测-RA。 乙图（考虑电流表的分压）： 新课讲解 作者编号：43002 法3.等效电源法： 虚线方框部分视为等效电源，则甲乙两图的电压表测的就是等效电源的路端电压，电流表测的就是等效电源的干路电流。 E r RV a b E r RA c d E’ r’ c d E’ r’ a b 甲 乙 新课讲解 作者编号：43002 E r RV a b E’ r’ a b 甲 E r RA c d E’ r’ c d 乙 等效电源的电动势为两端开路时的电压，等效电源的内阻为从电源两端看去电源的电阻。 甲图 乙图 法3.等效电源法： 新课讲解 作者编号：43002 1.用如图所示电路测量电源的电动势和内阻。实验器材：待测电源(电动势约3 V，内阻约2 Ω)，保护电阻R1(阻值10 Ω)和R2(阻值5 Ω)，滑动变阻器R，电流表A，电压表V，开关S，导线若干。实验主要步骤： (ⅰ)将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大，闭合开关； (ⅱ)逐渐减小滑动变阻器接入电路的阻值，记下电压表的示数U和相应电流表的示数I； (ⅲ)以U为纵坐标，I为横坐标，作U­I图线(U、I都用国际单位)； (ⅳ)求出U­I图线斜率的绝对值k和在横轴上的截距a。 回答下列问题： 当堂检测 作者编号：43002 回答下列问题： (1)电压表最好选用________；电流表最好选用______。 A．电压表(0～3 V，内阻约15 kΩ) B．电压表(0～3 V，内阻约3 kΩ) C．电流表(0～200 mA，内阻约2 Ω) D．电流表(0～30 mA，内阻约2 Ω) A C 当堂检测 作者编号：43002 (2)滑动变阻器的滑片从左向右滑动，发现电压表示数增大。两导线与滑动变阻器接线柱连接情况是________。 A．两导线接在滑动变阻器电阻丝两端的接线柱 B．两导线接在滑动变阻器金属杆两端的接线柱 C．一条导线接在滑动变阻器金属杆左端接线柱， 另一条导线接在电阻丝左端接线柱 D．一条导线接在滑动变阻器金属杆右端接线柱，另一条导线接在电阻丝右端接线柱 (3)选用k、a、R1和R2表示待测电源的电动势E和内阻r的表达式，E＝______，r＝________，代入数值可得E和r的测量值。 C ak k-R2 当堂检测 作者编号：43002 2.现有一节干电池（电动势约为1.5V，内阻约为0.30Ω），电压表V（量程为3V，内阻约3kΩ）；电流表A（量程为0.6A，内阻为0.70Ω），滑动变阻器R（10Ω，2A），电键一个及导线若干。 为了更准确地测出电源电动势和内阻，某组同学用右图所示电路测得多组电压和电流值，得到如图所示的 U-I 图线，由图可得该电源电动势E=_______V，内阻 r=_______Ω。（结果均保留两位小数） 1.50 0.30 当堂检测 作者编号：43002 课堂小结 作者编号：43002 $$